基于遗传算法的变循环航空发动机部件级建模与优化

madio

摘 要：
. j5 S7 b  f* o6 F5 y$ N0 o% j本文研究了题目中的所有问题，对问题一、二中的双涵道（涡扇）模式和
问题三中的单涵道（涡喷）模式分别建立了相应模式下的部件模型和整机气动
热力学模型，利用遗传算法能解决高复杂性、多变量非线性方程问题的优点，
9 j: Q8 l# h. S$ S8 F8 \: I本文基于遗传算法对各个模型进行求解与优化，并最终获得了相应结果。
针对问题一：
0 N, [, @: e7 l8 \/ t: A# W首先，作出风扇的特性曲线图；对图进行分析可知：对于某一特定换算转速
; L) D: d4 u; L$ V3 d& z7 _( I下，当压比函数值不断减小时，流量逐渐趋近平稳；当压比函数值一定时，换算
转速越大流量就越大，当压比函数值增大到一定程度后流量会减小。
1 P! W6 A4 k8 h2 w9 b/ A! B2 {其次，分别对进气道、风扇和CDFS 进行建模，运用二次线性插值获得对应
; Y' C9 o& Q6 a的流量和效率代入模型，用牛顿迭代法反解出口总温；结果如下表1 所示：
7 q0 a1 ]- r. z: W: L7 a表1 问题一的数值结果
6 d; V/ n2 d, I参数名称
4 m7 f8 U& ~& q3 f( `* S部件名称
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
4 V& W, j6 O& q/ M8 uCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
针对问题二：
此问题是发动机处于双涵（涡扇）工作模式的研究，首先，对此模式下发动
+ N$ Z0 ?8 Y5 j& v. F( T; W机各个部件进行了建模，之后根据气动热力学过程对各部件模型进行整合建成整
, D- v2 G( g! R- x0 J, r机模型，确定非线性方程组。
2
其次，根据发动机的平衡方程确立非线性方程组的求解约束条件：
1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
" N% y( y/ G4 ]4 U5 D# d4 k2 F" Z2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
6 V. T' x: |' s' f: j8 v* m' '
! y2 q. U" W& O4 ]/ ?41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
% y' V4 u* C2 n45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
8 t% G1 O& K4 L7 v( K' J61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
; [0 @0 q9 m2 @3 r6 i$ b/ w( R8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
4 Z8 D2 K% m: [0 m0 N5 B& n3 u最后，采用遗传算法解非线性方程。但由于遗传算法为仿生算法，每次运行
& B: @2 x" T, _' [程序的结果可能不尽相同，但是每次运算的误差是保证在10%以内的，这保证了
0 I$ ~: [+ ]# O; H' M5 m  W3 ?模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：
表2 非线性方程组的求解结果
变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
5 s3 M, @- }& X. A" q$ W% v求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
针对问题三：
: k6 M* G0 T/ ^% [  O) b# q( P! q此问题中发动机处于单涵模式工作状态，本问题其实是在发动机最优性能的
条件下，通过调节规律t 4 T  const，求出三个导叶角的最优组合值。首先，在性
/ a5 U5 V1 B) f# K) m, }能最优的条件下，从发动机设计全局出发，建立单涵模式下发动机性能最优模型。
, ^1 E* t* X; j$ A# P7 S5 B通过对实际情况的考虑，把发动机的单位推力最大化作为评价标准，模型求解结
果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
变量
) X: w8 Y9 t2 N" a& W$ H! @名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
( |& S- t- k' H' h' ^  k7 Y' i求解
9 _" H9 `( J9 ~" L+ A1 s. e结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
4 J5 s9 V, J0 J+ p4 V; ^& D对于第三大问中的问题（2）由于能力有限，没能达到较好的收敛效果，变
量较多导致结果跳变较大，最后决定每次合理的确定三个所求量中的两个来对
' Z% I8 L% T* Q( r第三个进行求值，以获得不同马赫数下的变量，进而得出变化规律。如下图所
( j! Q- {% [& K/ ?  R示：
8 Q* u, P& D* @* [( d. Y（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
图1 单涵模式发动机性能最优几何变量随马赫数的变化规律
关键词：变循环航空发动机，部件级建模，遗传算法，双涵模式，单涵模
$ p" `) Z9 t& Q5 Q2 X( Y
% A1 X6 q  z: Y& `

caiyuhao007

谢谢楼主！

模天大楼

很不错的诶

kassinvin

太给力了，谢谢分享！

madio

Enjoy972430161 发表于 2014-8-31 14:51
4 L" t, {& m  d1 F给力，这些应该都是一等奖吧

  `1 H1 l) Y5 Y1 O( q: j都是一等奖的

Enjoy972430161

给力，这些应该都是一等奖吧

鹏程万里2014

感谢站长的倾情整理